JP7228491B2 - 溶接装置および方法 - Google Patents

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Description

本開示は、狭隘部に対する溶接を行う溶接装置および溶接方法に関するものである。
例えば、加圧水型原子炉は、軽水を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を生成するものである。
加圧水型原子炉は、原子炉容器内に炉心が設けられ、炉心は、多数の燃料棒により構成される。原子炉容器は、上部に制御棒駆動装置が設けられ、制御棒駆動装置は、多数の燃料棒に対して制御棒を挿入することで、原子炉の出力を制御可能である。制御棒駆動装置は、原子炉容器蓋の上部に配置され、制御棒クラスタ駆動軸が原子炉容器蓋に固定された管台に案内されて原子炉容器内に挿通され、先端部に制御棒が連結される。
原子炉容器蓋は、複数の管台が溶接により固定されて構成される。管台を原子炉容器蓋に固定する技術としては、例えば、下記引用文献１に記載されたものがある。引用文献１に記載された溶接装置は、溶接電極と、溶接ワイヤと、ワイヤノズル反転機構とを備え、ワイヤノズル反転機構により溶接部分に沿って移動する溶接電極に対する溶接ワイヤの供給位置を変更するものである。
特許第５５８２７９０号公報
上述した従来の溶接装置では、管台を原子炉容器蓋に固定する場合、溶接装置を所定の位置から右方向に半周させて溶接すると共に、左方向に半周させて溶接することで、管台の外周部を全周溶接している。このとき、溶接電極よりも溶接ワイヤを先行して移動する必要があることから、ワイヤノズル反転機構を設けている。そのため、溶接装置の構成が複雑化すると共に大型化してしまう。原子炉容器蓋は、所定間隔を空けて複数の管台を固定する必要があり、溶接装置が移動することができる空間は狭い。そのため、溶接装置のコンパクト化が望まれている。
本開示は、上述した課題を解決するものであり、装置の小型化を図る溶接装置および方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本開示の溶接装置は、溶接トーチと、ワイヤノズルと、前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとを所定間隔を空けて支持する支持台と、前記支持台を前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとの配列方向に沿った第１支持軸を中心として回動可能に支持する第１支持機構と、を備える。
また、本開示の溶接方法は、溶接トーチと、ワイヤノズルと、前記溶接トーチと前記ワイヤノズルを支持する支持台と、を備える溶接装置において、前記支持台を前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとの配列方向に沿った第１支持軸を中心として基準位置から一方側に所定角度だけ回動して溶接を行う工程と、前記支持台を前記第１支持軸を中心として基準位置から他方側に所定角度だけ傾動して溶接を行う工程と、を有する。
本開示の溶接装置および方法によれば、装置の小型化を図ることができる。
図１は、本実施形態の溶接装置を表す正面図である。 図２は、溶接装置を表す側面図である。 図３は、図１のIII－III断面図である。 図４は、溶接装置の全体構成を表す概略図である。 図５は、溶接装置の制御ブロックである。 図６は、溶接装置による溶接方法を説明するための平面図である。 図７は、第１支持機構により溶接トーチの角度調整方法を説明するための概略図である。 図８は、第２支持機構により溶接トーチの角度調整方法を説明するための概略図である。 図９は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。
以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
［加圧水型原子炉］
図９は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。
原子力発電プラントは、図示しないが、原子炉格納容器内に配置される原子炉及び蒸気発生器と、蒸気タービン発電設備とを有する。本実施形態の原子炉は、加圧水型原子炉である。
図９に示すように、加圧水型原子炉１０において、原子炉容器１１は、内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１２とその上部に装着される原子炉容器蓋１３により構成され、原子炉容器本体１２に対して原子炉容器蓋１３が複数のスタッドボルト１４およびナット１５により開閉可能に固定される。
原子炉容器本体１２は、上部が開口し、下部が半球形状をなして閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却材としての軽水を供給する入口ノズル１６と、軽水を排出する出口ノズル１７が形成される。原子炉容器本体１２は、内部に炉心槽１８が配置され、上部が原子炉容器本体１２の内壁面に支持される。上部炉心支持板１９は、原子炉容器本体１２の内部に配置され、上部が炉心槽１８の上部に支持される。上部炉心板２０は、複数の炉心支持ロッド２１により上部炉心支持板１９に吊下げ支持される。
炉心槽１８は、下方に下部炉心支持板２２が支持され、下部炉心支持板２２は、外周部が位置決め部材２３により原子炉容器本体１２の内壁面に位置決め支持される。炉心槽１８は、下部に下部炉心板２４が支持されている。炉心２５は、多数の燃料集合体２６が配置されて構成され、内部に多数の制御棒２７が配置され、この制御棒２７は、燃料集合体２６に挿入可能である。上部炉心支持板１９は、多数の制御棒クラスタ案内管２８が固定され、内部に制御棒２７が挿通可能である。原子炉容器蓋１３は、半球形状をなし、制御棒駆動装置２９が配置され、複数の制御棒クラスタ駆動軸３０が制御棒クラスタ案内管２８内に挿通され、下端部に制御棒２７が連結される。制御棒駆動装置２９は、各制御棒２７を炉心２５に対して抜き差しすることで、原子炉出力を制御する。
［溶接装置］
図１は、本実施形態の溶接装置を表す正面図、図２は、溶接装置を表す側面図、図３は、図２のIII－III断面図である。
本実施形態において、図１から図３に示すように、溶接装置５０は、溶接トーチ５１と、ワイヤノズル５２と、支持台５３と、第１支持機構５４とを備える。また、溶接装置５０は、さらに、第２支持機構５５と、第３支持機構５６とを備える。
図９に示すように、原子炉容器１１は、原子炉容器本体１２と原子炉容器蓋１３により構成される。原子炉容器蓋１３は、上部に制御棒駆動装置２９が配置される。そのため、原子炉容器蓋１３は、制御棒駆動装置２９における複数の制御棒クラスタ駆動軸３０を移動自在に支持する複数の管台３１（図７参照）が固定される。本実施形態の溶接装置５０は、原子炉容器蓋１３に管台３１を溶接により固定するものである。
図１から図３に示すように、支持台５３は、中央部に溶接トーチ５１が配置され、一方側（図１にて、右方側）にワイヤノズル５２が配置され、他方側（図１にて、左方側）に第３支持機構５６が配置される。
溶接トーチ５１は、中心軸Ｏ１の軸方向に沿って配置される。溶接トーチ５１は、アーク溶接として、例えば、ＴＩＧ溶接などを実行可能に構成される。溶接トーチ５１は、溶接ヘッド６１と、溶接ノズル６２と、溶接電極６３とを有する。溶接ヘッド６１は、支持台５３に固定される。溶接ノズル６２は、溶接ヘッド６１内を軸方向に貫通して配置される。溶接ノズル６２は、内部がシールドガスで満たされる。溶接電極６３は、溶接ノズル６２の内部に配置され、先端部（図１にて、下端部）が溶接ヘッド６１から突出する。溶接電極６３は、タングステンなどにより構成される。
また、支持台５３は、トーチ回転用モータ６４が固定され、出力軸に駆動歯車６５が固定される。一方、溶接ノズル６２は、上部に従動歯車６６が固定され、駆動歯車６５が従動歯車６６に噛み合う。そのため、トーチ回転用モータ６４を駆動すると、回転力が駆動歯車６５および従動歯車６６を介して溶接ノズル６２に伝達される。すると、溶接ノズル６２が中心軸Ｏ１を中心として回動し、溶接電極６３は、中心軸Ｏ１を中心として回動し、その向きを変更することができる。
ワイヤノズル５２は、中心軸Ｏ１に平行な中心軸Ｏ２の軸方向に沿って配置される。ワイヤノズル５２は、ワイヤ送給管７１と、ノズル部７２とを有する。ワイヤ送給管７１は、中心軸Ｏ２に沿って配置され、ノズル部７２は、先端部（図１にて、下端部）側が中心軸Ｏ１側に湾曲し、先端部が溶接電極６３の先端部の近傍に位置する。ワイヤノズル５２は、ワイヤリール（図示略）から供給された溶接ワイヤＷを溶接電極６３側に向けて案内する。
また、支持台５３は、昇降台７３が中心軸Ｏ２の軸方向に沿って移動自在に支持される。ワイヤ送給管７１は、昇降台７３に中心軸Ｏ２を中心に回動自在に支持される。昇降台７３は、ワイヤノズル回転用モータ７４が固定され、出力軸に凸部を有する駆動カム７５が固定される。一方、ワイヤ送給管７１は、下部に凹部有する従動カム７６が固定され、駆動カム７５が従動カム７６に係合する。そのため、ワイヤノズル回転用モータ７４を駆動すると、回転力が駆動カム７５および従動カム７６を介してワイヤ送給管７１に伝達される。すると、ワイヤ送給管７１が中心軸Ｏ２を中心として回動し、ノズル部７２は、中心軸Ｏ２を中心として回動し、その向きを変更することができる。
支持台５３は、中心軸Ｏ１に平行な中心軸Ｏ３の軸方向に沿ってワイヤノズル移動用モータ７７が固定され、出力軸にねじ軸７８が固定される。一方、昇降台７３は、上部にナット７９が固定され、ねじ軸７８がボール（図示略）を介してナット７９に螺合する。そのため、ワイヤノズル移動用モータ７７を駆動すると、回転力がねじ軸７８およびナット７９により直線移動力に変換されて昇降台７３に伝達される。すると、昇降台７３が中心軸Ｏ２に沿って移動し、ワイヤノズル５２は、中心軸Ｏ２に沿って移動回動し、その軸方向位置を変更することができる。
支持台５３は、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２との間にアーク監視カメラ８１とミラー８２が配置される。アーク監視カメラ８１は、ミラー８２を介して溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の先端部の溶接画像を撮影することができる。
案内部９１は、第２支持機構５５により第２支持部材９２が回動自在に支持される。第２支持機構５５は、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２との配列方向に直交すると共に溶接トーチ５１の軸方向（中心軸Ｏ１）に直交する方向に沿った第２支持軸Ｏ１２を有する。また、第２支持機構５５は、第２モータ（図示略）を有する。第２モータは、案内部９１に固定され、出力軸に第２支持部材９２が連結される。そのため、第２モータを駆動すると、案内部９１に対して第２支持部材９２を第２支持軸Ｏ１２を中心として回動することができる。第２支持部材９２が第２支持軸Ｏ１２を中心に回動すると、支持台５３に装着された溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を、図１にて、Ｘ１方向およびＸ２方向へ傾動することができる。
第２支持部材９２は、第１支持機構５４により第１支持部材９３が回動自在に支持される。第１支持機構５４は、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２との配列方向に沿うと共に溶接トーチ５１の軸方向（中心軸Ｏ１）に直交する方向に沿った第１支持軸Ｏ１１を有する。また、第１支持機構５４は、第１モータ９４を有する。第１モータ９４は、第２支持部材９２に固定され、出力軸に第１支持部材９３が連結される。そのため、第１モータ９４を駆動すると、第２支持部材９２に対して第１支持部材９３を第１支持軸Ｏ１１を中心として回動することができる。第１支持部材９３が第１支持軸Ｏ１１を中心に回動すると、支持台５３に装着された溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を、図２にて、Ｙ１方向およびＹ２方向へ傾動することができる。
第１支持部材９３は、第３支持機構５６により支持台５３が移動自在に支持される。第３支持機構５６は、第１支持機構５４と支持台５３の上端部との間に配置される。第３支持機構５６は、溶接トーチ５１の軸方向（中心軸Ｏ１）に沿った第３支持軸Ｏ１３ａ，Ｏ１３ｂを有する。また、第３支持機構５６は、第３モータ９５と、ねじ軸９６と、伝達機構９７とを有する。第３モータ９５は、溶接トーチ５１の軸方向に沿って配置される。ねじ軸９６は、溶接トーチの軸方向に沿って配置される。第３モータ９５とねじ軸９６は、互いに平行をなし、所定間隔を空けて隣接して配置される。第３モータ９５とねじ軸９６とは、伝達機構９７により連結され、第３モータ９５の回転力が伝達機構９７によりねじ軸９６に伝達される。
すなわち、第１支持部材９３は、一端部が第１モータ９４の出力軸に連結され、他端部に連結部材１０１を介してスライダ１０２が固定され、スライダ１０２にナット部１０３が設けられる。一方、支持台５３は、他方側に連結部１０４が一体に設けられる。連結部１０４は、一方側（図３にて右方側）が開放された箱型形状をなす。連結部１０４は、内部に第３モータ９５とねじ軸９６が所定間隔を空け、平行をなして配置される。第３モータ９５は、第３支持軸Ｏ１３ａに沿って配置され、連結部１０４に固定され、下方に延びる出力軸に駆動歯車１０５が固定される。ねじ軸９６は、第３支持軸Ｏ１３ｂに沿って配置され、軸方向の各端部が連結部１０４に回転自在に支持され、下方に延びる出力軸に従動歯車１０６が固定される。駆動歯車１０５は、従動歯車１０６に噛み合い、伝達機構９７は、駆動歯車１０５と従動歯車１０６により構成される。
また、連結部１０４は、側部にガイド部材１０７が固定される。ガイド部材１０７は、スライダ１０２により第３支持軸Ｏ１３ａ，Ｏ１３ｂの方向に沿って移動自在に支持される。更に、スライダ１０２は、ナット部１０３にねじ軸９６が螺合する。なお、連結部１０４は、第３モータ９５に隣接して位置検出部１０８が設けられる。位置検出部１０８は、駆動歯車１０５と噛み合う従動歯車１０９を有し、駆動歯車１０５に連動する従動歯車１０９の回転数を検出し、ナット部１０３とねじ軸９６との相対位置を検出する。
そのため、第３モータ９５を駆動すると、回転力が伝達機構９７（駆動歯車１０５および従動歯車１０６）を介してねじ軸９６に伝達される。すると、ねじ軸９６が第３支持軸Ｏ１３ｂを中心として回動し、ねじ軸９６とねじ軸９６に螺合するナット部１０３とは、第３支持軸Ｏ１３ｂの方向に相対移動する。ナット部１０３は、スライダ１０２に設けられ、スライダ１０２は、連結部材１０１を介して第１支持部材９３に固定されていることから、第３支持機構５６（第３モータ９５とねじ軸９６と伝達機構９７）が支持された支持台５３は、第１支持部材９３に対して第３支持軸Ｏ１３ａ，Ｏ１３ｂの方向に移動することができる。
なお、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２と支持台５３と第１支持機構５４は、第１支持軸Ｏ１１および溶接トーチ５１の中心軸Ｏ１に沿った面に対して面対称である。すなわち、図２にて、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２と支持台５３と第１支持機構５４は、中心軸Ｏ１に対して線対称となる構造である。
［溶接装置の全体構成］
図４は、溶接装置の全体構成を表す概略図である。
溶接装置５０にて、図４に示すように、案内部９１は、第４支持機構５７と、第５支持機構５８とを備える。第４支持機構５７は、支持台５３を鉛直方向に沿った第４支持軸Ｏ１４を中心として回動可能に支持する。第５支持機構５８は、支持台５３を少なくとも直交する３軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）に沿った第５支持軸Ｏ１５Ｘ，Ｏ１５Ｙ，Ｏ１５Ｚの軸方向に移動可能である。ここで、第４支持軸Ｏ１４と第５支持軸Ｏ１５Ｚは、同一軸である。
溶接装置５０は、図示しない溶接ロボットのアームの先端部に支持される。Ｚ方向支持部材１１２は、第４支持軸Ｏ１４の軸方向に沿って配置され、溶接ロボットのアームに支持される。支持アーム１１１は、Ｚ軸支持機構５８ＺによりＺ方向支持部材１１２に対して第４支持軸Ｏ１４および第５支持軸Ｏ１５Ｚに沿って移動可能に支持される。Ｚ軸支持機構５８Ｚは、図示ないモータを有する。第４支持部材１１３は、第４支持機構５７により支持アーム１１１に対して第４支持軸Ｏ１４および第５支持軸Ｏ１５Ｚを中心として回動可能に支持される。第４支持機構５７は、図示ないモータを有する。
Ｘ方向支持部材１１４は、Ｘ軸支持機構５８Ｘにより第４支持部材１１３に対して第５支持軸Ｏ１５Ｘに沿って移動可能に支持される。Ｘ軸支持機構５８Ｘは、図示ないモータを有する。Ｙ方向支持部材１１５は、Ｙ軸支持機構５８ＹによりＸ方向支持部材１１４に対して第５支持軸Ｏ１５Ｙに沿って移動可能に支持される。Ｙ軸支持機構５８Ｙは、図示ないモータを有する。Ｙ方向支持部材１１５は、下端部に第２支持機構５５により第２支持部材９２が回動自在に支持される。なお、第５支持機構５８は、Ｘ軸支持機構５８ＸとＹ軸支持機構５８ＹとＺ軸支持機構５８Ｚにより構成される。
そのため、第４支持機構５７を作動すると、支持台５３に装着された溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を、第４支持軸Ｏ１４（第５支持軸Ｏ１５Ｚ）を中心として回動することができる。また、第５支持機構５８を作動すると、支持台５３に装着された溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を、第５支持軸Ｏ１５Ｘ，Ｏ１５Ｙ，Ｏ１５Ｚに沿って３軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）に移動することができる。
［溶接装置の制御構成］
図５は、溶接装置の制御ブロックである。
図５に示すように、制御装置１２０は、入力部１２１と、記録部１２２と、検出部１２３が接続される。また、制御装置１２０は、第１支持機構５４と、第２支持機構５５と、第３支持機構５６と、第４支持機構５７と、第５支持機構５８（Ｘ軸支持機構５８Ｘ、Ｙ軸支持機構５８Ｙ、Ｚ軸支持機構５８Ｚ）が接続される。
入力部１２１は、例えば、キーボードであり、作業者が各種の溶接情報を入力可能である。記録部１２２は、例えば、メモリであり、溶接を実施するためのプログラムなどが格納される。検出部１２３は、溶接装置５０による溶接状態を検出するものである。ここで、溶接状態とは、例えば、溶接面に対する溶接電極６３やノズル部７２の距離、溶接電流値、溶接電圧値などである。制御装置１２０は、入力部１２１から入力される情報、記録部１２２に格納された情報、検出部１２３が検出した情報などに基づいて第１支持機構５４、第２支持機構５５、第３支持機構５６、第４支持機構５７、第５支持機構５８に作動を制御する。
本実施形態にて、制御装置１２０は、第１支持機構５４、第２支持機構５５、第３支持機構５６、第４支持機構５７、第５支持機構５８を独立して制御する。これにより、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２の位置や姿勢を最適位置や最適姿勢に制御する。
［溶接装置による溶接方法］
図６は、溶接装置による溶接方法を説明するための平面図、図７は、第１支持機構により溶接トーチの角度調整方法を説明するための概略図、図８は、第２支持機構により溶接トーチの角度調整方法を説明するための概略図である。
本実施形態の溶接装置５０による溶接方法は、図１に示すように、支持台５３を溶接トーチ５１とワイヤノズル５２との配列方向に沿った第１支持軸Ｏ１１を中心として基準位置から一方側に所定角度だけ回動して溶接を行う工程と、支持台５３を第１支持軸Ｏ１１を中心として基準位置から他方側に所定角度だけ回動して溶接を行う工程とを有する。
図６に示すように、ここでは、本実施形態の溶接装置５０により原子炉容器蓋１３に管台３１を溶接するため作業について説明する。原子炉容器蓋１３は、所定の位置に貫通孔１３ａが形成されており、管台３１は、貫通孔１３ａに挿通されて位置決めされる。原子炉容器蓋１３は、貫通孔１３ａにおける内周面１３ｂ（図７参照）側に開先部が設けられる。溶接装置５０は、貫通孔１３ａにおける内周面１３ｂ（図７参照）の開先部と管台３１の外周面３１ａ（図７参照）との間を開先溶接する。
溶接装置５０により原子炉容器蓋１３の貫通孔１３ａと管台３１の外周面３１ａとの間を開先溶接するとき、まず、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２が装着された支持台５３を開始位置Ｒ１から溶接経路ＲＡを通って終了位置Ｒ２まで半周移動して溶接を行う。次に、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２が装着された支持台５３を開始位置Ｒ１に戻し、開始位置Ｒ１から溶接経路ＲＢを通って終了位置Ｒ２まで半周移動して溶接を行う。
溶接装置５０は、管台３１に対して、溶接経路ＲＡを通って溶接を行うときと溶接経路ＲＢを通って溶接を行うときとでは、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２が装着された支持台５３の移動方向が逆となる。すなわち、図６にて、溶接経路ＲＡでの移動方向は、反時計回り方向であり、溶接経路ＲＢでの移動方向は、時計回り方向である。また、原子炉容器蓋１３の内周面１３ｂが円弧形状をなし、管台３１が鉛直方向に沿って位置決めされる。そのため、溶接装置５０は、支持台５３に装着された溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２が管台３１に接触しないように、第１支持機構５４により支持台５３を第１支持軸Ｏ１１を中心に所定角度だけ傾斜させた状態で溶接を行う必要がある。更に、溶接経路ＲＡおよび溶接経路ＲＢにて、支持台５３が移動するとき、溶接トーチ５１よりもワイヤノズル５２を先行させる必要がある。
まず、溶接装置５０により溶接トーチ５１とワイヤノズル５２が装着された支持台５３を溶接経路ＲＡに沿って移動して溶接を行う。図６および図７に示すように、まず、第１支持機構５４により支持台５３を第１支持軸Ｏ１１を中心に回動させる。そして、支持台５３と共に溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を鉛直方向に沿った基準位置から所定角度だけ傾斜させることで、図７に溶接装置５０Ａとして表した状態とする。
次に、支持台５３を第４支持機構５７により第４支持軸Ｏ１４（いずれも図４参照）を中心に回動させると共に、第５支持機構５８により第５支持軸Ｏ１５Ｘ，Ｏ１５Ｙ，Ｏ１５Ｚ（いずれも図４参照）の方向に移動させる。そして、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を開始位置Ｒ１に位置させると共に、支持台５３を溶接経路ＲＡに沿わせる。このとき、溶接トーチ５１よりもワイヤノズル５２を移動方向の前方側に位置させる。
この状態で、第４支持機構５７および第５支持機構５８（いずれも図４参照）を作動制御することで、支持台５３を溶接経路ＲＡに沿って移動し、原子炉容器蓋１３と管台３１との溶接を行う。このとき、検出部１２３の検出結果に基づいて第３支持機構５６を作動制御する。つまり、溶接トーチ５１の溶接電極６３の先端部と溶接位置との距離が適正位置に維持されるように、第３支持機構５６により支持台５３を第３支持軸Ｏ１３の軸方向に沿って移動し、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の位置を調整する。
また、原子炉容器蓋１３の内周面１３ｂの傾斜角度が変化していくことから、第１支持機構５４を作動制御することで、支持台５３と共に溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の傾斜角度を調整する。更に、図８に示すように、溶接トーチ５１の溶接電極６３は、管台３１の外周面３１ａと原子炉容器蓋１３の内周面１３ｂとの間の溶接面に対して、なるべく直交する方向に位置させることが望ましい。そのため、第２支持機構５５により支持台５３を第２支持軸Ｏ１２を中心に回動させる。そして、支持台５３と共に溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を、例えば、傾斜方向Ｘ１に所定角度だけ傾斜させる。
図６および図７に示すように、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２が開始位置Ｒ１から溶接経路ＲＡを通って終了位置Ｒ２まで移動することで、原子炉容器蓋１３と管台３１との半周だけ溶接が完了すると、次に、溶接装置５０により溶接トーチ５１とワイヤノズル５２が装着された支持台５３を溶接経路ＲＢに沿って移動して溶接を行う。まず、第１支持機構５４により支持台５３を第１支持軸Ｏ１１を中心に回動させる。そして、支持台５３と共に溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を鉛直方向に沿った基準位置から所定角度だけ傾斜させることで、図７に溶接装置５０Ｂとして表した状態とする。
次に、支持台５３を第４支持機構５７により第４支持軸Ｏ１４（いずれも図４参照）を中心に回動させると共に、第５支持機構５８により第５支持軸Ｏ１５Ｘ，Ｏ１５Ｙ，Ｏ１５Ｚ（いずれも図４参照）の方向に移動させる。そして、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を開始位置Ｒ１に位置させると共に、支持台５３を溶接経路ＲＢに沿わせる。このとき、溶接トーチ５１よりもワイヤノズル５２を移動方向の前方側に位置させる。
この状態で、第４支持機構５７および第５支持機構５８（いずれも図４参照）を作動制御することで、支持台５３を溶接経路ＲＢに沿って移動し、原子炉容器蓋１３と管台３１との溶接を行う。このとき、検出部１２３の検出結果に基づいて第３支持機構５６を作動制御する。つまり、溶接トーチ５１の溶接電極６３の先端部と溶接位置との距離が適正位置に維持されるように、第３支持機構５６により支持台５３を第３支持軸Ｏ１３の軸方向に沿って移動し、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の位置を調整する。
このように本実施形態の溶接装置５０は、まず、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２を溶接経路ＲＡに沿って半周移動して溶接を行う。次に、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２を溶接経路ＲＢに沿って半周移動して溶接を行う。その結果、原子炉容器蓋１３と管台３１は、全周溶接が実施される。
［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る溶接装置は、溶接トーチ５１と、ワイヤノズル５２と、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２とを所定間隔を空けて支持する支持台５３と、支持台５３を溶接トーチ５１とワイヤノズル５２との配列方向に沿った第１支持軸Ｏ１１を中心として回動可能に支持する第１支持機構５４とを備える。
第１の態様に係る溶接装置は、第１支持機構５４により、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２が支持された支持台５３を第１支持軸Ｏ１１を中心として回動することができる。例えば、原子炉容器蓋１３に対して管台３１を固定する溶接作業を実施するとき、原子炉容器蓋１３と管台３１との溶接面に対して、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２が管台３１に接触しないように、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の角度を調整することができる。その結果、従来のワイヤノズル反転機構を用いることなく、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の移動方向を変更することができ、装置の小型化を図ることができる。また、方向変更の動作において、中心軸Ｏ２に沿って、ワイヤノズル５２の上流から供給する溶接ワイヤＷのルートの動きも少なくてすみ、溶接ワイヤＷの曲がりぐせに起因するノズル部７２からのワイヤ供給位置の変動を抑制し、安定供給につながる。
第２の態様に係る溶接装置は、第１支持軸Ｏ１１を溶接トーチ５１の軸方向に直交する方向に沿って配置する。これにより、支持台５３を、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２との配列方向に沿うと共に溶接トーチ５１の軸方向に直交する方向に沿った第１支持軸Ｏ１１を中心として回動可能に支持することで、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を所望の角度に調整することができる。
第３の態様に係る溶接装置は、第１支持軸Ｏ１１に直交すると共に溶接トーチ５１の軸方向に直交する方向に沿った第２支持軸Ｏ１２を中心として支持台５３が回動するように第１支持機構５４を回動可能に支持する第２支持機構５５を設ける。これにより、第２支持機構５５により第１支持機構５４を第１支持軸Ｏ１１に直交する第２支持軸Ｏ１２を中心として回動することで、支持台５３を回動することができ、溶接面が変動しても、溶接トーチ５１を所望の角度に適正に調整することができる。
第４の態様に係る溶接装置は、支持台５３を溶接トーチ５１の軸方向に沿った第３支持軸Ｏ１３の軸方向に移動可能に支持する第３支持機構５６を設ける。これにより、第３支持機構５６により支持台５３を溶接トーチ５１の軸方向に沿った第３支持軸Ｏ１３に沿って移動することができ、溶接面が変動しても、溶接トーチ５１を所望の位置に適正に調整することができる。
第５の態様に係る溶接装置は、第３支持機構５６を第１支持機構５４と支持台５３の上端部との間に配置する。これにより、第３支持機構５６が溶接対象部に接触することが抑制され、安定した溶接作業を実施することができる。
第６の態様に係る溶接装置は、第３支持機構５６として、溶接トーチ５１の軸方向に沿って配置される第３モータ９５と、溶接トーチ５１の軸方向に沿うと共に第３モータ９５に隣接して配置されるねじ軸９６と、第３モータ９５の回転力をねじ軸９６に伝達する伝達機構９７とを設ける。これにより、第３モータ９５とねじ軸９６を平行に隣接して配置することで、第３支持機構５６をコンパクト化することができ、第３支持機構５６が溶接対象部に接触することが抑制され、安定した溶接作業を実施することができる。なお、この第３支持機構５６は、ＡＶＣ（Ａｒｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）としてもよい。それにより、自動的に調整することができる。
第７の態様に係る溶接装置は、案内部９１に、支持台５３を溶接トーチ５１の軸方向に沿った第４支持軸Ｏ１４を中心として回動可能に支持する第４支持機構５７を設ける。これにより、第４支持機構５７により支持台５３を第４支持軸Ｏ１４を中心として回動することができ、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の向きを適正に調整することができる。
第８の態様に係る溶接装置は、案内部９１に、支持台５３を少なくとも直交する３軸方向に移動可能な第５支持機構５８を設ける。これにより、第５支持機構５８により支持台５３を第５支持軸Ｏ１５Ｘ，Ｏ１５Ｙ，Ｏ１５Ｚの軸方向に沿って移動することができ、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の位置を適正に調整することができる。
第９の態様に係る溶接装置は、溶接トーチ５１とワイヤノズル５２と支持台５３と第１支持機構５４を第１支持軸Ｏ１１の軸方向および溶接トーチ５１の軸方向に沿った面に対して面対称とする。これにより、構造の簡素化を図ることができる。
第１０の態様に係る溶接装置は、第１支持機構５４と第２支持機構５５を独立して制御する制御装置１２０を設ける。これにより、制御装置１２０が第１支持機構５４と第２支持機構５５を独立して制御することで、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２を最適角度および最適位置に移動することができ、安定した溶接作業を実施することができる。
第１１の態様に係る溶接方法は、支持台５３を溶接トーチ５１とワイヤノズル５２との配列方向に沿った第１支持軸Ｏ１１を中心として基準位置から一方側に所定角度だけ回動して溶接を行う工程と、支持台５３を第１支持軸Ｏ１１を中心として基準位置から他方側に所定角度だけ回動して溶接を行う工程とを有する。これにより、例えば、原子炉容器蓋１３に対して管台３１を固定する溶接作業を実施するとき、原子炉容器蓋１３と管台３１との溶接面に対して、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２が管台３１に接触しないように、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の角度を調整することができる。その結果、従来のワイヤノズル反転機構を用いることなく、溶接トーチ５１およびワイヤノズル５２の移動方向を変更することができ、装置の小型化を図ることができる。また、溶接ワイヤＷの曲げグセ防止にもつながる。
なお、上述した実施形態では、鉛直方向の上方から第２支持機構５５、第１支持機構５４、第３支持機構５６を配置したが、この位置関係に限定されるものではない。例えば、第１支持機構５４と第２支持機構５５を逆にしたり、第３支持機構５６を最上位側に配置したりしてもよい。
また、上述した実施形態では、溶接装置５０により原子炉容器蓋１３に管台３１を溶接するものとしたが、この作業に限定されるものではなく、狭隘な空間部に用いて好適である。
また、上述した実施形態にて、溶接トーチ５１の長さを調整することで、各支持機構５４，５５，５６が溶接対象物に対して干渉しない位置に配置することができ、狭隘部での溶接を適正に実施することができる。
１０ 加圧水型原子炉
１１ 原子炉容器
１２ 原子炉容器本体
１３ 原子炉容器蓋
２５ 炉心
２６ 燃料集合体
２７ 制御棒
２９ 制御棒駆動装置
３０ 制御棒クラスタ駆動軸
３１ 管台
５０ 溶接装置
５１ 溶接トーチ
５２ ワイヤノズル
５３ 支持台
５４ 第１支持機構
５５ 第２支持機構
５６ 第３支持機構
５７ 第４支持機構
５８ 第５支持機構
５８Ｘ Ｘ軸支持機構
５８Ｙ Ｙ軸支持機構
５８Ｚ Ｚ軸支持機構
６１ 溶接ヘッド
６２ 溶接ノズル
６３ 溶接電極
６４ トーチ回転用モータ
６５ 駆動歯車
６６ 従動歯車
７１ ワイヤ送給管
７２ ノズル部
７３ 昇降台
７４ ワイヤノズル回転用モータ
７５ 駆動カム
７６ 従動カム
７７ ワイヤノズル移動用モータ
７８ ねじ軸
７９ ナット
８１ アーク監視カメラ
８２ ミラー
９１ 案内部
９２ 第２支持部材
９３ 第１支持部材
９４ 第１モータ
９５ 第３モータ
９６ ねじ軸
９７ 伝達機構
１０１ 連結部材
１０２ スライダ
１０３ ナット部
１０４ 連結部
１０５ 駆動歯車
１０６ 従動歯車
１０７ ガイド部材
１０８ 位置検出部
１０９ 従動歯車
１１１ 支持アーム
１１２ Ｚ方向支持部材
１１３ 第４支持部材
１１４ Ｘ方向支持部材
１１５ Ｙ方向支持部材
１２０ 制御装置
１２１ 入力部
１２２ 記録部
１２３ 検出部
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３ 中心軸
Ｏ１１ 第１支持軸
Ｏ１２ 第２支持軸
Ｏ１３ａ，Ｏ１３ｂ 第３支持軸
Ｏ１４ 第４支持軸
Ｏ１５Ｘ，Ｏ１５Ｙ，Ｏ１５Ｚ 第５支持軸

Claims (10)

  1. 溶接トーチと、
    ワイヤノズルと、
    前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとを所定間隔を空けて支持する支持台と、
    前記支持台を前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとの配列方向に沿った第１支持軸を中心として回動可能に支持する第１支持機構と、
    を備え、
    前記第１支持軸に直交すると共に前記溶接トーチの軸方向に直交する方向に沿った第２支持軸を中心として前記支持台が回動するように前記第１支持機構を回動可能に支持する第２支持機構が設けられる、
    溶接装置。
  2. 前記第１支持軸は、前記溶接トーチの軸方向に直交する方向に沿って配置される請求項１に記載の溶接装置。
  3. 溶接トーチと、
    ワイヤノズルと、
    前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとを所定間隔を空けて支持する支持台と、
    前記支持台を前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとの配列方向に沿った第１支持軸を中心として回動可能に支持する第１支持機構と、
    を備え、
    前記支持台を前記溶接トーチの軸方向に沿った第３支持軸の軸方向に移動可能に支持する第３支持機構が設けられる、
    溶接装置。
  4. 前記第３支持機構は、前記第１支持機構と前記支持台の上端部との間に配置される請求項３に記載の溶接装置。
  5. 前記第３支持機構は、前記溶接トーチの軸方向に沿って配置されるモータと、前記溶接トーチの軸方向に沿うと共に前記モータに隣接して配置されるねじ軸と、前記モータの回転力を前記ねじ軸に伝達する伝達機構とを有する請求項４に記載の溶接装置。
  6. 溶接トーチと、
    ワイヤノズルと、
    前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとを所定間隔を空けて支持する支持台と、
    前記支持台を前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとの配列方向に沿った第１支持軸を中心として回動可能に支持する第１支持機構と、
    を備え、
    案内部に前記支持台を前記溶接トーチの軸方向に沿った第４支持軸を中心として回動可能に支持する第４支持機構が設けられる、
    溶接装置。
  7. 前記案内部は、前記支持台を少なくとも直交する３軸方向に移動可能な第５支持機構が設けられる請求項６に記載の溶接装置。
  8. 前記溶接トーチと前記ワイヤノズルと前記支持台と前記第１支持機構は、前記第１支持軸の軸方向および前記溶接トーチの軸方向に沿った面に対して面対称である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の溶接装置。
  9. 前記第１支持機構と前記第２支持機構を独立して制御する制御装置が設けられる請求項１に記載の溶接装置。
  10. 溶接トーチと、
    ワイヤノズルと、
    前記溶接トーチと前記ワイヤノズルを支持する支持台と、
    を備える溶接装置において、
    前記支持台を前記溶接トーチと前記ワイヤノズルとの配列方向に沿った第１支持軸を中心として基準位置から一方側に所定角度だけ回動して溶接を行う工程と、
    前記支持台を前記第１支持軸を中心として基準位置から他方側に所定角度だけ回動して溶接を行う工程と、
    を有する溶接方法。
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